[发明专利]具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明适用于各种成像技术领域，特别是一种适用于微光成像、高速成像等领域的具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器及其制备工艺。

背景技术

目前，由于光学光刻技术的限制，所以栅极间隙的宽度最小只能限制到微米级。一方面，这种宽度的间隙会改变通道区域的平带电压，因而会极大地提升通道的感生电动势。结果，要想获得高电荷转移效率，就必须加很大的栅极电压。而过大的栅极电压则可能会击穿通道，减少器件的寿命。Tompsett曾报道过，一个栅极间隙为2.5um的电荷转移单元，在栅极电压达到20V的条件下，电荷转移效率才能达到0.9998。另一方面，这种宽度的栅极间隙也会极大的限制电荷的转移速度，进而限制相机的帧速。最后，如果栅极间隙比较大，两相邻电极间的势阱将被势垒隔开，不能合并，电荷也不能从一个电极向另一个电极转移，CCD便不能在外部时钟脉冲的作用下正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器及其制备工艺，提高信号电荷的转移速度及转移效率，同时也降低了栅极的电压要求。

实现本发明目的的技术方案为：一种具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器，由至少两个具有亚微米级间隙的高效电荷转移单元串联而成，该高效电荷转移单元具有P型衬底与埋沟型N型沟道，在该N型沟道上镀上氧化膜，在该氧化膜上制作形成四个间隙宽度为亚微米级的栅极，各栅极依次为第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极，在各栅极上镀SiO₂层，所有单元的第一栅极通过金属电极连接在一起，所有单元的第二栅极通过金属电极连接在一起，所有单元的第三栅极通过金属电极连接在一起，所有单元的第四栅极连通过金属电极接在一起；每个高效电荷转移单元的第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极各对应一相，即第一相、第二相、第三相、第四相，第一相、第二相、第三相、第四相起电荷转移的作用。 

本发明与现有技术相比，其显著优点为：在电荷转移的过程中，由于栅极间隙下降到了亚微米级，故而在相邻的栅极间的间隙区域下并未形成势垒，故而相邻的栅极下形成的势阱能够融合以实现电荷的转移。并且，只需在相邻的栅极间加很小的电势差就可以消除在相邻的栅极间的间隙区域下形成的势阱，从而提高电荷转移效率。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是四相的具有亚微米级间隙的高效电荷转移单元简图。

图2是电荷转移效率与栅极间隙的曲线图。

具体实施方式

结合图1，本发明具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器，由至少两个具有亚微米级间隙的高效电荷转移单元串联而成，该高效电荷转移单元具有P型衬底与埋沟型N型沟道，在该N型沟道上镀上氧化膜，在该氧化膜上制作形成四个间隙宽度为亚微米级（可以为0.1-1um）的栅极，各栅极依次为第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极，在各栅极上镀SiO₂层，所有的第一栅极通过金属电极连接在一起，所有的第二栅极通过金属电极连接在一起，所有的第三栅极通过金属电极连接在一起，所有的第四栅极连通过金属电极接在一起，这样就形成四相结构的具有亚微米级间隙的高效电荷转移单元。每个高效电荷转移单元的第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极各对应一相，即第一相、第二相、第三相、第四相，其中第一相、第二相、第三相、第四相起电荷转移的作用。亚微米级间隙，即指两个栅极的邻近的边缘之间的距离。

本发明具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器，在各单元的四个栅极上加时钟电压，该电压大小为栅极维持将电荷从一个像素转移到下一个像素所必需的交替电势（比如CCD97，工作在普通模式下时，转移电压高电平为8-13V，低电平为0V），从而实现电荷转移，首先第一栅极电压为高，其他栅极电压为低，接着第二栅极电压为高，其他栅极电压为低，然后第三栅极电压为高，其他栅极电压为低，最后第四栅极电压为高，其他栅极电压为低，就这样电压交替变化，就可实现电荷的定向转移，所述的高是指交替电势中的高电平，所述的低是指交替电势中的低电平，即P型衬底电势。

本发明具有亚微米级间隙的高效电荷转移寄存器制备工艺，步骤如下：

（1）在P型硅片的表面注入浓度1.4×10¹⁴~2×10¹⁴的元素磷，形成N型薄层，下面的P型Si层作为高效电荷转移单元的衬底，形成的N型薄层作为高效电荷转移单元的埋沟型N型沟道，信号电荷在沟道中进行转移，在P型衬底上引出源极，在埋沟型N型表面引出漏极；